一种用于其上有在真空室中进行多步骤处理的半导体衬底的衬底支撑件的再循环系统，其包含衬底支撑件，其具有至少一个位于其底板中的液体流道、与流道流体连通的入口和出口、与该入口流体连通的供给管线和与该出口流体连通的回流管线；第一再循环装置，其与供给管线和回流管线流体连通，提供温度在T1的液体；第二再循环装置，其与供给管线和回流管线流体连通，提供温度在T2的液体，温度T2高于温度T1至少10℃；连接到入口和出口的提供温度在Tpc的液体的预冷却单元，温度Tpc比T1低至少10℃；连接到出口和入口的提供温度在Tph的液体的预加热单元，温度Tph比T2高至少10℃；控制器，其能操作地以选择性地操作该再循环系统的阀以在流道和第一再循环装置、第二再循环装置、预冷却单元或预加热单元之间再循环液体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
随着相继的半导体技术的产生，晶片直径往往增加而晶体管的尺寸减小，导致了在晶片处理中越来越高的精确度和可重复性的需要。半导体衬底材料，如硅晶片，通过其中包括真空室的使用的技术进行处理。这些技术包括非等离子体的应用，如电子束蒸发；以及等离子体的应用，如溅射淀积、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、抗蚀剂剥离和等离子体蚀刻。用于等离子体处理系统的良好的衡量标准包括吞吐量和衬底温度的稳定性。衬底温度影响在衬底上制备的器件的临界尺寸，因此当需要稳定的衬底温度时，衬底温度不能显著漂移，例如在处理配方中的步骤中。另一方面，对于在处理配方中的不同的处理步骤，最优选的衬底温度可显著地不同。衬底温度的变化率直接影响吞吐量。因此，在处理步骤之间快速改变衬底温度，同时在处理步骤中保持稳定的衬底温度的能力是所希望的。由于需要与等离子体处理系统使用的无线电频率能量兼容，基于电气的加热方式是复杂的，其 需要定制过滤装置以保护电加热器的功率和控制系统。就功率的连接而论，也存在设计和实施方面的挑战。此外，为了优化加热均匀性对有关加热器布局的挑战可能是非常显著的。
技术实现思路
一种用于衬底支撑件的再循环系统，该衬底支撑上的半导体衬底在真空室中进行多个步骤的处理，该系统包含衬底支撑件，其具有至少一个位于在其底板上的液体流道、与该流道流体连通的入口和出口、与该入口流体连通的供给管线、以及与该出口流体连通的回流管线；第一再循环装置，其给该供给管线和该回流管线提供温度在T1的液体，该第一再循环装置与该供给管线和该回流管线流体连通；第二再循环装置，其给该供给管线和该回流管线提供温度在T2的液体，该第二再循环装置与该供给管线和该回流管线流体连通，温度T2高于温度T1至少10°C ;预冷却单元，其提供温度在τρ。的液体到该供给管线和该回流管线，温度τρ。比T1低至少10°C ;预加热单元，其提供温度在Tph的液体到该供给管线和该回流管线，温度Tph比T2高至少10°C ;控制器，其能操作以选择性地操作该再循环系统的阀从而引导由该第一再循环装置、该第二再循环装置、该预冷却单元或该预加热单元通过该供给管线和该回流管线所提供的温度在Ti、T2、Tpc或Tph的液体。一种操作用于衬底支撑件的再循环系统的方法，该衬底支撑件上的半导体衬底在真空室中进行多个步骤的处理，该方法包括在衬底支撑件中使液体循环，该衬底支撑件具有至少一个位于在其底板上的液体流道、与该流道流体连通的入口和出口、与该入口流体连通的供给管线和与该出口流体连通的回流管线，其中该方法包括供应温度在T1的液体给该流道，温度在T1的液体由与该供给管线和该回流管线流体连通的第一再循环装置提供；供应温度在T2的液体给该流道，温度在T2的液体由与该供给管线和该回流管线流体连通的第二再循环装置提供，温度T2高于温度T1至少10°C ;将温度在τρ。的液体提供给该流道，温度Tpe比T1低至少10°C ;将温度在Tph的液体提供给该流道，温度Tph比T2高至少10°C ；供应温度在τρ。的液体，紧接着供应温度在T1的液体；供应温度在Tph的液体，紧接着供应温度在T2的液体。附图说明图I示出了现有技术的温度控制系统的示意图。图2示出了另一种现有技术的温度控制系统的示意图。图3是图2所示的衬底支撑件和温度控制系统的温度随时间变化的曲线图。图4是根据本文所描述的实施方式的衬底支撑件和温度控制系统的温度随时间变化的曲线图。·图5A是根据本文所描述的实施方式的温度控制系统中的供给不同温度的流体的四个温度受控的流体源和衬底支撑件之间的流体连接的示意图。图5B示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。图5C示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。图6A是根据本文所描述的实施方式的温度控制系统中的供给不同温度的流体的四个温度受控的流体源和衬底支撑件之间的流体连接的示意图。图6B示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。图6C示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。图6D示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。图6E示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。图6F示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。图7A和7B分别示出了四通交叉阀的两种状态。图7C和7D分别示出了三通开关阀的两种状态。图7E和7F分别示出了双通阀的两种状态。图8示出了根据一种实施方式所述的温度控制系统。图9示出了示例性多步骤处理的实际测试数据。具体实施例方式本专利技术公开了一种再循环系统，在等离子体处理系统中，该再循环系统能通过循环经由嵌入在衬底支撑件中的一个或多个流道的温度受控的液体(例如Fluorinert 介电流体)，从而快速地改变在等离子室中进行处理的位于该衬底支撑件上的衬底的衬底温度。流道可以被布置成提供单个或多个区域中的温度控制，例如，流道可以影响衬底支撑件的整个衬底支撑表面的温度控制或衬底支撑件100的衬底支撑表面的诸如中心区域或外环形区域等单个区域(热区)的温度控制。优选地，衬底的温度仅通过在流道中循环的液体控制，即衬底支撑件优选不具有电加热器，以避免与其相关联的问题，如电加热器的射频(RF)功率控制电路的耦合问题。衬底支撑件优选包括在衬底下的提供诸如氦等传热气体的装置，以改进在衬底和衬底支撑件之间的热传导性能，衬底支撑件可以是提供射频电流(RF)的接地电极或供电电极以在衬底上提供偏置或在室中产生等离子体。图I示出了现有技术的系统，其中，液体在衬底支撑件100和温度控制单元之间循环，该温度控制单元诸如具有保持在恒定温度的大的流体容器的再循环装置110。来自再循环装置Iio的典型的流率约为4加仑/分钟。大的流体容器的大的热容在保持稳定的流体温度方面使这种方法表现得非常有效，但在多步骤工艺中，其在改变流体的温度方面慢得不合乎期望，而在诸如等离子体蚀刻过程中，期望衬底温度快速变化。如图2所示，在两个不同的处理步骤中保持两个不同的衬底温度的并在该两个步骤之间切换温度的传统的方法包括将诸如再循环装置210和220等两个温度控制单元连接到衬底支撑件100。每个再循环装置将大的流体(液体)容器保持在处理步骤中的一个所需的温度。两个阀261和262被配置为协同地在两个再循环装置210和220之间切换流过衬底支撑件100的流体。在再循环装置210和220中的流体量的差异随着时间的推移会产生和并且对其进行均衡化会变得必要。对于等离子处理系统，其中，衬底支撑件内的温度梯度小，并且衬底支撑件对传热的响应是相当均匀的，衬底支撑件可以使用集总的热容模型描述。在该模型中，衬底支撑件可以被描述为并联连接到温度源的热容和热阻，该温度源可以是通过衬底支撑件循环的流 体。衬底支持件的温度(Tsub)通过下述微分方程给出 df Ir _r Iu lSub _ ^9Sut/士 口 、 dtRC 其中t是时间；C为衬底支撑件的热容，R是温度源(例如，在循环流体)与衬底支撑件之间与热阻Jtl是温度受控流体源的温度。热阻R= Ι/hA，其中h是温度源和衬底支撑件之间的传热系数，A是温度源和衬底支撑件之间的传热表面积。衬底支撑件的热容C= PcV,其中P是衬底支撑件的密度，c是衬底支撑件的比热，V是衬底支撑件的体积。图2示出了现有技术的具有两个(例如，冷和热)再循本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼·里奇，绍拉·乌拉尔，迈克·康，马修·布舍，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：
国别省市：
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